Проучване на VoIP двигателя на Mediastreamer2. част 6

Материалът на статията е взет от моя дзен канал.

Предаване на аудио сигнал чрез RTP поток

В последния Статия Сглобихме верига за дистанционно управление от тон генератор и тон детектор, които работят в рамките на една и съща програма. В тази статия ще научим как да използваме RTP протокола (RFC 3550 - RTP: Транспортен протокол за приложения в реално време) за получаване/предаване на аудио сигнал през Ethernet мрежа.

RTP протокол (Протокол в реално време) преведено означава протокол в реално време, използва се за предаване на аудио, видео, данни, всичко, което изисква предаване в реално време. Да вземем за пример аудио сигнал. Гъвкавостта на протокола е такава, че ви позволява да предавате аудио сигнал с предварително определено качество.

Предаването се извършва с помощта на UDP пакети, което означава, че загубата на пакети е доста приемлива по време на предаване. Всеки пакет съдържа специален RTP хедър и блок данни на предавания сигнал. Хедърът съдържа произволно избран идентификатор на източника на сигнал, информация за вида на предавания сигнал и уникален пореден номер на пакета, така че пакетите да могат да бъдат подредени в правилния ред при декодиране, независимо от реда, в който са били доставени от мрежа. Хедърът може да съдържа и допълнителна информация, така нареченото разширение, което позволява хедърът да бъде адаптиран за използване в конкретна задача на приложението.

Блокът от данни съдържа полезния товар на пакета. Вътрешната организация на съдържанието зависи от вида на натоварването, може да бъде семпли на моно сигнал, стерео сигнал, линия на видео изображение и др.

Видът на зареждането се обозначава със седембитово число. Препоръка RFC3551 (RTP профил за аудио и видео конференции с минимален контрол) установява няколко вида натоварване; съответната таблица предоставя описание на видовете натоварване и значението на кодовете, с които те са обозначени. Някои кодове не са строго обвързани с какъвто и да е вид товар; те могат да се използват за обозначаване на произволен товар.

Размерът на блок от данни е ограничен по-горе от максималния размер на пакета, който може да бъде предаден в дадена мрежа без сегментиране (параметър MTU). Като цяло това е не повече от 1500 байта. По този начин, за да увеличите количеството предавани данни за секунда, можете да увеличите размера на пакета до определен момент, след което ще трябва да увеличите честотата на изпращане на пакети. В медиен стриймър това е конфигурируема настройка. По подразбиране е 50 Hz, т.е. 50 пакета в секунда. Ще наричаме поредицата от предадени RTP пакети RTP поток.

За да започне предаването на данни между източника и приемника, достатъчно е предавателят да знае IP адреса на приемника и номера на порта, който използва за получаване. Тези. без никакви предварителни процедури източникът започва да предава данни, а приемникът от своя страна е готов незабавно да ги приеме и обработи. Според стандарта номерът на порта, използван за предаване или получаване на RTP поток, трябва да е четен.

В ситуации, когато е невъзможно да се знае предварително адреса на получателя, се използват сървъри, където приемниците оставят своя адрес, а предавателят може да го поиска, като се позовава на някакво уникално име на приемника.

В случаите, когато качеството на комуникационния канал или възможностите на приемника са неизвестни, се организира канал за обратна връзка, чрез който приемникът може да информира предавателя за своите възможности, броя на пропуснатите пакети и др. Този канал използва RTCP протокол. Форматът на пакетите, предавани в този канал, е дефиниран в RFC 3605. По този канал се предават относително малко данни, 200..300 байта в секунда, така че като цяло присъствието му не е обременяващо. Номерът на порта, към който се изпращат RTCP пакетите, трябва да е нечетен и с един по-голям от номера на порта, от който идва RTP потокът. В нашия пример няма да използваме този канал, тъй като възможностите на приемника и канала очевидно надхвърлят нашите, досега скромни, нужди.

В нашата програма веригата за предаване на данни, за разлика от предишния пример, ще бъде разделена на две части: път на предаване и път на приемане. За всяка част ще направим наш собствен източник на часовник, както е показано на заглавната снимка.

Еднопосочната комуникация между тях ще се осъществява по RTP протокола. В този пример нямаме нужда от външна мрежа, тъй като и предавателят, и приемникът ще бъдат разположени на един и същ компютър - пакетите ще пътуват вътре в него.

За да установи RTP поток, медийният стример използва два филтъра: MS_RTP_SEND и MS_RTP_RECV. Първият предава вторият и получава RTP потока. За да работят тези филтри, те трябва да предадат указател към обект на RTP сесия, който може или да преобразува поток от блокове данни в поток от RTP пакети, или да направи обратното. Тъй като вътрешният формат на данните на медийния стример не съвпада с формата на данните на RTP пакета, преди да прехвърлите данните към MS_RTP_SEND, трябва да използвате филтър за енкодер, който преобразува 16-битови проби на аудио сигнал в осем-битови, кодирани според u-закон (му-закон). От приемащата страна филтърът на декодера изпълнява обратната функция.

По-долу е текстът на програмата, която изпълнява схемата, показана на фигурата (символите # преди директивите за включване са премахнати, не забравяйте да ги включите):

/* Файл mstest6.c Имитатор пульта управления и приемника. */
#include <mediastreamer2/msfilter.h>
#include <mediastreamer2/msticker.h>
#include <mediastreamer2/dtmfgen.h>
#include <mediastreamer2/mssndcard.h>
#include <mediastreamer2/msvolume.h>
#include <mediastreamer2/mstonedetector.h>
#include <mediastreamer2/msrtp.h>
#include <ortp/rtpsession.h>
#include <ortp/payloadtype.h>
/* Подключаем заголовочный файл с функциями управления событиями
* медиастримера.*/
include <mediastreamer2/mseventqueue.h>
#define PCMU 0
/* Функция обратного вызова, она будет вызвана фильтром, как только он
обнаружит совпадение характеристик входного сигнала с заданными. */
static void tone_detected_cb(void *data, MSFilter *f, unsigned int event_id,
MSToneDetectorEvent *ev)
{
printf("Принята команда: %sn", ev->tone_name);
}
/*----------------------------------------------------------------------------*/
/* Функция регистрации типов полезных нагрузок. */
void register_payloads(void)
{
/*Регистрируем типы нагрузок в таблице профилей. Позднее, по индексу
взятому из заголовка RTP-пакета из этой таблицы будут извлекаться
параметры нагрузки, необходимые для декодирования данных пакета. */
rtp_profile_set_payload (&av_profile, PCMU, &payload_type_pcm8000);
}
/*----------------------------------------------------------------------------*/
/* Эта функция создана из функции create_duplex_rtpsession() в audiostream.c
медиастримера2. */
static RtpSession *
create_rtpsession (int loc_rtp_port, int loc_rtcp_port,
bool_t ipv6, RtpSessionMode mode)
{
RtpSession *rtpr;
rtpr = rtp_session_new ((int) mode);
rtp_session_set_scheduling_mode (rtpr, 0);
rtp_session_set_blocking_mode (rtpr, 0);
rtp_session_enable_adaptive_jitter_compensation (rtpr, TRUE);
rtp_session_set_symmetric_rtp (rtpr, TRUE);
rtp_session_set_local_addr (rtpr, ipv6 ? "::" : "0.0.0.0", loc_rtp_port,
loc_rtcp_port);
rtp_session_signal_connect (rtpr, "timestamp_jump",
(RtpCallback) rtp_session_resync, 0);
rtp_session_signal_connect (rtpr, "ssrc_changed",
(RtpCallback) rtp_session_resync, 0);
rtp_session_set_ssrc_changed_threshold (rtpr, 0);
rtp_session_set_send_payload_type(rtpr, PCMU);
/* По умолчанию выключаем RTCP-сессию, так как наш пульт не будет использовать её. */
rtp_session_enable_rtcp (rtpr, FALSE);
return rtpr;
}
/*----------------------------------------------------------------------------*/
int main()
{
ms_init();
/* Создаем экземпляры фильтров. */
MSFilter *voidsource = ms_filter_new(MS_VOID_SOURCE_ID);
MSFilter *dtmfgen = ms_filter_new(MS_DTMF_GEN_ID);
MSFilter *volume = ms_filter_new(MS_VOLUME_ID);
MSSndCard *card_playback =
ms_snd_card_manager_get_default_card(ms_snd_card_manager_get());
MSFilter *snd_card_write = ms_snd_card_create_writer(card_playback);
MSFilter *detector = ms_filter_new(MS_TONE_DETECTOR_ID);
/* Очищаем массив находящийся внутри детектора тонов, он описывает
* особые приметы разыскиваемых сигналов.*/
ms_filter_call_method(detector, MS_TONE_DETECTOR_CLEAR_SCANS, 0);
/* Подключаем к фильтру функцию обратного вызова. */
ms_filter_set_notify_callback(detector,
(MSFilterNotifyFunc)tone_detected_cb, NULL);
/* Создаем массив, каждый элемент которого описывает характеристику
* одного из тонов, который требуется обнаруживать: Текстовое имя
* данного элемента, частота в герцах, длительность в миллисекундах,
* минимальный уровень относительно 0,775В. */
MSToneDetectorDef scan[6]=
{
{"V+",440, 100, 0.1}, /* Команда "Увеличить громкость". */
{"V-",540, 100, 0.1}, /* Команда "Уменьшить громкость". */
{"C+",640, 100, 0.1}, /* Команда "Увеличить номер канала". */
{"C-",740, 100, 0.1}, /* Команда "Уменьшить номер канала". */
{"ON",840, 100, 0.1}, /* Команда "Включить телевизор". */
{"OFF", 940, 100, 0.1}/* Команда "Выключить телевизор". */
};
/* Передаем "приметы" сигналов детектор тонов. */
int i;
for (i = 0; i < 6; i++)
{
ms_filter_call_method(detector, MS_TONE_DETECTOR_ADD_SCAN,
&scan[i]);
}
/* Создаем фильтры кодера и декодера */
MSFilter *encoder = ms_filter_create_encoder("PCMU");
MSFilter *decoder=ms_filter_create_decoder("PCMU");
/* Регистрируем типы нагрузки. */
register_payloads();
/* Создаем RTP-сессию передатчика. */
RtpSession *tx_rtp_session = create_rtpsession (8010, 8011, FALSE, RTP_SESSION_SENDONLY);
rtp_session_set_remote_addr_and_port(tx_rtp_session,"127.0.0.1", 7010, 7011);
rtp_session_set_send_payload_type(tx_rtp_session, PCMU);
MSFilter *rtpsend = ms_filter_new(MS_RTP_SEND_ID);
ms_filter_call_method(rtpsend, MS_RTP_SEND_SET_SESSION, tx_rtp_session);
/* Создаем RTP-сессию приемника. */
MSFilter *rtprecv = ms_filter_new(MS_RTP_RECV_ID);
RtpSession *rx_rtp_session = create_rtpsession (7010, 7011, FALSE, RTP_SESSION_RECVONLY);
ms_filter_call_method(rtprecv, MS_RTP_RECV_SET_SESSION, rx_rtp_session);
/* Создаем источники тактов - тикеры. */
MSTicker *ticker_tx = ms_ticker_new();
MSTicker *ticker_rx = ms_ticker_new();
/* Соединяем фильтры передатчика. */
ms_filter_link(voidsource, 0, dtmfgen, 0);
ms_filter_link(dtmfgen, 0, volume, 0);
ms_filter_link(volume, 0, encoder, 0);
ms_filter_link(encoder, 0, rtpsend, 0);
/* Соединяем фильтры приёмника. */
ms_filter_link(rtprecv, 0, decoder, 0);
ms_filter_link(decoder, 0, detector, 0);
ms_filter_link(detector, 0, snd_card_write, 0);
/* Подключаем источник тактов. */
ms_ticker_attach(ticker_tx, voidsource);
ms_ticker_attach(ticker_rx, rtprecv);
/* Настраиваем структуру, управляющую выходным сигналом генератора. */
MSDtmfGenCustomTone dtmf_cfg;
dtmf_cfg.tone_name[0] = 0;
dtmf_cfg.duration = 1000;
dtmf_cfg.frequencies[0] = 440;
/* Будем генерировать один тон, частоту второго тона установим в 0. */
dtmf_cfg.frequencies[1] = 0;
dtmf_cfg.amplitude = 1.0;
dtmf_cfg.interval = 0.;
dtmf_cfg.repeat_count = 0.;
/* Организуем цикл сканирования нажатых клавиш. Ввод нуля завершает
* цикл и работу программы. */
char key='9';
printf("Нажмите клавишу команды, затем ввод.n"
"Для завершения программы введите 0.n");
while(key != '0')
{
key = getchar();
if ((key >= 49) && (key <= 54))
{
printf("Отправлена команда: %cn", key);
/* Устанавливаем частоту генератора в соответствии с
* кодом нажатой клавиши. */
dtmf_cfg.frequencies[0] = 440 + 100*(key-49);
/* Включаем звуковой генератор c обновленной частотой. */
ms_filter_call_method(dtmfgen, MS_DTMF_GEN_PLAY_CUSTOM,
(void*)&dtmf_cfg);
}
/* Укладываем тред в спячку на 20мс, чтобы другие треды
* приложения получили время на работу. */
ms_usleep(20000);
}
}

Компилираме и изпълняваме. Програмата ще работи както в предишния пример, но данните ще се предават чрез RTP поток.

В следващата статия ще разделим тази програма на две независими приложения - приемник и предавател и ще ги стартираме в различни терминали. В същото време ще научим как да анализираме RTP пакети с помощта на програмата TShark.

Източник: www.habr.com